כיצד ניתן להשתמש באנרגיה סולארית

אנרגיית השמש היא החום והאור הזוהר שמגיעים מהשמש. אנרגיה זו ניתנת ללכוד באמצעות מספר טכנולוגיות. הוא משמש לייצור חשמל, אנרגיה תרמית ואפילו ארכיטקטורה. מאמר זה ידון כיצד ניתן להשתמש באנרגיה סולארית עבור ארכיטקטורה וכוח. שימוש באנרגיה סולארית בארכיטקטורה יכול להועיל הן לסביבה והן לצרכי האנרגיה של כדור הארץ.

פוטו–

וולטאים הם מכשירים הרותמים את האנרגיה מאור השמש לייצור חשמל. הם מורכבים מתאי שמש המורכבים במסגרת ונועדו לייצר כמות מסוימת של חשמל במתח מסוים. ניתן לחבר את המודולים בסידור סדרתי או מקביל כדי לייצר כמות גדולה יותר של חשמל.

מכשירים אלה משתמשים במוליכים למחצה כדי להמיר את אנרגיית השמש לחשמל. האור הנפלט מקרני השמש מפיל אלקטרונים מפני השטח של המוליך למחצה. לאחר מכן, אלקטרונים אלה נעים במסלול מסוים, ומייצרים חשמל בזרם ישר (DC). חשמל זה יכול להיות מאוחסן בסוללות או לשלוח לרשת. ניתן להמיר אותו גם לחשמל AC באמצעות מהפך.

הביצועים של מכשיר פוטו–וולטאי תלויים בתנאי הסביבה, במיוחד בקרינת האירוע העולמית G. זה תלוי גם בטמפרטורה של צומת pn, הקובעת את מתח המעגל הפתוח שלו VOC ואת זרם הקצר ISC שלו. פרמטרים אלו קשורים ישירות ל–T, והמתאם ההפוך בין VOC ל–ISC חזק יותר. T מוגבר מפחית את Pmax ו–ISC.

אנרגיה סולארית היא מקור אנרגיה חשוב. זה גם חלופה ידידותית לסביבה לדלק מאובנים. הוא מייצר אפס זיהום, הוא חופשי, וזול מאוד בתחזוקה. זה יכול לשמש גם במקומות מרוחקים או כפריים שבהם אין קווי מתח. זוהי גם דרך מצוינת ליצור מקומות עבודה ירוקים ולעזור לכלכלה לצמוח.

תאים סולאריים יכולים לייצר חשמל מאור השמש והופכים למקור חשמל בר–קיימא ובמחיר סביר יותר ויותר. מדינות רבות פיתחו מערכות PV למגורים. התעשייה הסולארית התרחבה באופן אקספוננציאלי בשנים האחרונות. העלות של מערכת PV סולארית שלמה ירדה ב-59 אחוזים בעשור האחרון.

אנרגיה תרמית

סולארית אנרגיה תרמית סולארית היא סוג של אנרגיה המופקת מקרינת השמש. הוא משתמש בחום מהשמש כדי לייצר אנרגיה תרמית שימושית בתעשייה, מגורים ומסחר. הוא גם נחשב למקור אנרגיה נקי ומתחדש. לאנרגיה תרמית סולארית יתרונות רבים, והשימוש בה הופך נפוץ יותר ברחבי העולם.

תחנות כוח תרמיות סולאריות פועלות בטמפרטורות של עד 750 מעלות פרנהייט, או 400 מעלות צלזיוס. הן אוספות קרינת שמש בעוצמה גבוהה פי 30 עד 100 מהרגיל ומשתמשות בה כדי ליצור קיטור להנעת טורבינה. קיטור זה מפעיל גנרטור לייצור חשמל. הטכנולוגיה יעילה ביותר, והיא הופכת יותר ויותר משתלמת.

ניתן לאסוף ולאחסן אנרגיה תרמית סולארית לשימוש בעת הצורך. מערכות אחסון אספנים אינטגרליות פותחו במהלך העשורים האחרונים. הם מורכבים מבולם, מיכלי מים ומערכת בקרה. הבולם קולט קרינת שמש ומעביר חום למים במחזור. הבולם עשוי בדרך כלל ממתכות, אם כי חומרים פולימריים מתחילים להופיע כתחליפים מבטיחים. קצירת חום השמש שולבה גם בבניית הגג כדי להגביר את הנוחות התרמית של מבנים.

לאנרגיה תרמית סולארית יש יישומים מרובים. הוא יכול לחמם מים, לייצר חשמל ולחמם מבנים. זה אפילו יכול לספק חום לתהליכים מסחריים. בנוסף לחימום בתים, ניתן להשתמש באנרגיה תרמית סולארית לייצור חשמל. בניגוד למערכות פוטו–וולטאיות, לאנרגיה תרמית סולארית יש פוטנציאל לחמם מבנים, לחמם מים ולבשל מזון. בנוסף לייצור חשמל, אנרגיה תרמית סולארית מהווה מקור מצוין לחום לתהליכים תעשייתיים.

אנרגיה תרמית סולארית יכולה לשמש לחימום חלל, קירור ומים חמים. בנוסף, ניתן להשתמש בו גם לחימום תהליכים תעשייתיים, כגון ייבוש, זיקוק והתפלה. אנרגיה תרמית סולארית היא גם מקור מצוין לאנרגיה מתחדשת.

ריכוז אנרגיה סולארית

ריכוז אנרגיה סולארית היא סוג של אנרגיה חלופית המנצלת את כוחה של השמש להפקת אנרגיה. הוא מסתמך על העיקרון שפוטונים מהשמש אינם מתפזרים על ידי האטמוספירה של כדור הארץ וניתן לקצור אותם בכמויות גדולות. CSP פועלת בדרך כלל בגבהים ובאזורים סובטרופיים. אטלס השמש העולמי של קבוצת הבנק העולמי מספק נתונים לשיטה זו.

ריכוז אנרגיה סולארית נוצר באמצעות מחזירי אור מיוחדים האוספים את אנרגיית השמש על שטח קטן. חום זה מאוחסן כחלקיקי גז, נוזלים או מוצקים ומשתחרר מאוחר יותר כחשמל. זה ידוע גם בשם אנרגיה תרמית סולארית. השימוש העיקרי בשיטה זו הוא לייצר קיטור להפעלת תחנת כוח.

במהלך ימי קרינה גבוהה, החום מאור שמש מרוכז מחמם נוזל בטמפרטורה גבוהה בתוך מקלט. אנרגיה תרמית זו מועברת לאחר מכן לטורבינות לייצור חשמל. ביישומים מסוימים, כוח סולארי מרוכז יכול לשמש גם כחום תהליך לתהליכים תעשייתיים. סוג זה של כוח הוא גמיש להפליא, ומאפשר להשתמש בו בשעות שונות של היום.

הטכנולוגיה עבור CSP מורכבת ממרכיבים רבים ושונים. סוג אחד, הנקרא מערכת שוקת פרבולית, משתמש בקולטים מעוקלים גדולים כדי למקד את אור השמש בנקודה אחת. זה מאפשר טמפרטורות גבוהות יותר, מה שהופך את החשמל המיוצר ליעיל יותר. סוג אחר של מערכת CSP ידוע בתור גנרטור סטילינג, המשתמש במראות בצד החיצוני של המנוע כדי לאסוף חום. סוג זה של גנרטור יכול להחליף גנרטורים דיזל במקומות מרוחקים.

הטכנולוגיה ל–CSP הופיעה לראשונה במגזר האנרגיה המתחדשת לפני מספר שנים. בעוד המבקרים מיהרו למתוח ביקורת על המערכת, הטכנולוגיה צברה תאוצה, וכעת היא אופציה ריאלית עבור מדינות רבות. בעוד היתרונות של אנרגיה סולארית מרוכזת הם רבים, ישנם חששות משמעותיים לגבי אבטחתו. דאגה אחת כזו היא הפוטנציאל של מתקפה של מדינה נוכלת על מפעל CSP.

המנוע הסולארי של שומאן

בשנת 1913, המציא שומאן את המנוע הסולארי הראשון בר–קיימא מבחינה מסחרית. חברת Sun Power הושקה במאדי, מצרים, אך הפעילות הופסקה במלחמת העולם הראשונה. הפרויקט התחדש בסופו של דבר והתברר כמוצלח. זוהי היסטוריה קצרה של המנוע הסולארי של שומאן ושל התעשייה הסולארית.

תחנת הכוח הסולארית המקורית, ששטחה חצי דונם, כללה 572 אספנים בודדים. הם הורכבו על מסגרות כדי להרחיק אותם מהאדמה הלחה. השטח הכולל היה מעל 10,000 רגל מרובע. זה היה הרבה יותר גדול מהתקנת הפנל הסולארי המקורי של שומאן.

הצלחתו של פרנק שומן עם הפטנטים שלו אפשרה לו לממן את פיתוח המנוע הסולארי שלו. ההמצאה של שומאן הוכיחה את עצמה כצעד גדול בכיוון הנכון לפיתוח האנרגיה הסולארית. הוא האמין שאנרגיה סולארית תהפוך בקרוב למקור אנרגיה עיקרי עבור העולם כולו.

שנה לאחר ההפגנה של שומאן, האנרגיה הסולארית כבר עשתה את דרכה להצלחה מסחרית. ממשלת בריטניה חשבה שזה רעיון מבטיח והציעה לפרויקט קרקע בסודן הבריטית. גם ממשלת גרמניה הגיבה בחיוב והעניקה לשומאן 200,000 דולר בדויטשמרק לפיתוח מערכת השקיה סולארית עבור אפריקה שבשליטת גרמניה.

ככל שהטכנולוגיה התקדמה, שומאן הצליח לשפר את העיצוב של מכונת השמש שלו. הדגם המקורי השתמש באתר, שמייצר עננים צפופים אך דורש יותר חום. מאוחר יותר, הוא החליף את האתר במים. הוא גם שינה את תיבת האספן כדי להוסיף חלונית זכוכית תחתונה מתחת לחלונית העליונה וסנטימטר של אוויר מת בין השניים.

עלות אנרגיה

סולארית חשמל סולארי הופך למשתלם יותר, אך עדיין ישנם כמה מכשולים ליישום הטכנולוגיה. אחת הבעיות הגדולות ביותר היא העלות הגבוהה של תאים סולאריים. הסיליקון, אותו חומר המשמש במחשבים, הוא יקר ביותר ודורש אנרגיה רבה כדי לשכלל. חומרים חדשים, כמו קדמיום טלוריד, עשויים בסופו של דבר להוריד את עלות האנרגיה הסולארית.

עלות האנרגיה הסולארית תלויה בגודל המערכת ובכמות החשמל שהיא יכולה לייצר. העלות לקילו–ואט (קוט"ש) היא מדד של עלות החשמל ומשמשת להשוואת עלות החשמל המופקת ממערכת סולארית עם מה שהייתם משלמים לחברת החשמל.

העלות הכוללת של מערכת אנרגיה סולארית יכולה לנוע בין 12,000 ל-30,000 דולר. מערכת סולארית טיפוסית יכולה לייצר 4 עד 10 קילוואט חשמל. מערכות שנרכשו זכאיות לניכוי מס פדרלי של 30%. מחיר זה כולל גם עלויות נוספות, כגון מערכת ניטור לניטור הביצועים של כל פאנל.

עלות החשמל הסולארי ירדה בעשור האחרון ככל שהטכנולוגיה השתפרה. ב-2008 נשלחו בארצות הברית פחות מ-25,000 תאים ומודולים סולאריים, וחשמל סולארי היווה רק 1% מצריכת האנרגיה במדינה. בגרמניה, לעומת זאת, הממשלה מציעה תמריצים נדיבים לעזור לאנשים לבנות מערכות אנרגיה סולארית, מה שסייע לייצור חשמל סולארי להגיע ל-1.1 אחוז מהחשמל במדינה.

יוזמת Sunshot של משרד האנרגיה היא מאמץ גדול להוזיל את עלות האנרגיה הסולארית. במאמץ לעזור לאנשים להרשות לעצמם אנרגיה סולארית, הסוכנות קבעה יעדים שאפתניים לשנת 2020. בינתיים, העלות לקוט"ש ירדה מ-0.28 דולר ב-2010 ל-0.06 דולר ב-2017. זהו הישג מדהים.

.

.